空化射流喷丸系统及其使用方法与流程

本发明属于空化射流，特别涉及一种空化射流喷丸系统，适用于金属件表面强化作业。本技术同时涉及一种基于空化射流喷丸系统的使用方法。

背景技术：

1、空化水喷丸（wcp）是一种新型的金属表面强化工艺，空化射流喷丸是利用高压水泵将高压水射流喷射到工件上完成喷丸强化的设备，该工艺利用微小空化汽泡溃灭时产生的冲击波压力和高速微射流来打击金属材料表面，可以用较低的压力获得超高的喷丸打击力度(gpa)，从而达到强化金属零部件的目的。它具有绿色环保、适应性强、受喷材料表面状态好等一系列优势，正日益成为金属材料表面强化领域的一个研究热点。

2、整个射流喷丸强化过程中，包括工件，射流系统，完全浸没在水中，而水射流是经过空化喷嘴，空化后喷射到水介质中，并冲向工件，而真正起到喷丸强化最作用的，是空泡冲击工件，发生溃灭，产生的巨大冲击，打击在金属表面，造成塑性形变，完成喷丸强化。

3、常规空化水喷丸必须在淹没环境中作业，导致一些大尺寸构件因无法浸入到水里而不能进行空化水喷丸处理，限制了空化水喷丸技术的应用。且现阶段空化喷丸设备功能比较单一，在处理不同工件表面以及科学研究过程中存在诸多不便的问题。

4、基于现有技术存在的问题，设计一种可同时适用多种产品和多种工况下的空化射流喷丸系统成为本技术所要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种空化射流喷丸系统，解决了目前所使用的空化射流喷丸设备容易受制于加工工件和加工环境所限，无法同时适用多种工况，可调节参数少，空化效果不稳定的问题。相对于现有设计，本技术可同时适用多种产品和多种工况下的空化射流喷丸作业。

2、本技术的一个方面，提供一种空化射流喷丸系统，包括中控平台，蓄水装置，供水装置，水源处理箱，水循环增压装置，空化射流强化装置、水槽；蓄水装置，通过管路依次连接供水装置、水源处理装置和水循环增压装置，所述的水循环增压装置通过高、低压供水管路连接空化射流强化装置；空化射流强化装置，包括高压供水管路、低压供水管路，以及与高、低压供水管路连接的喷头组件；

3、喷头组件，包括设置于中心的喷嘴以及与喷嘴连接的接入管，所述喷嘴设置为角型喷嘴，喷嘴开口形状设置为渐进式开口，所述喷嘴通过接入管连接高压供水管路；

4、在喷嘴及接入管的外围四周设置环形套，喷嘴与环形套之间形成的环形腔，环形腔连接低压供水管路；

5、在环形腔与环形套的收缩段的结合处设置调流阀，用于调节低压水流速；

6、在所述的环形腔内设置至少一根螺旋管，所述螺旋管螺旋分布在环形腔内部设置的接入管四周，所述螺旋管的一端连接低压供水管路，螺旋管的另一端末端出口与喷嘴开口相对应设置；设置在外周的低压螺旋管与设置在中心的高压管路互相配合，当射流从喷嘴高速喷出后,与环形腔内静止液体或低速环流产生剪切作用形成旋涡流空化射流。

7、本技术除上述记载的技术特以外，还在如下方面做了改进：

8、在一些实施例中，所述的蓄水装置为蓄水箱，蓄水箱上设置有进、出水管路；所述出水管路包括一进水管路和两出水管路；其中，一出水管路连接供水装置，另一出水管连接水槽；且蓄水水槽设液位传感器，液位传感器电连接中控平台，用于检测蓄水水槽液位。

9、在一些实施例中，所述的供水装置包括一级供水泵和二级供水泵；所述一级供水泵通过供水管路连接蓄水装置和水源处理箱，蓄水装置内的水经一级供水泵一次增压后进入水源处理箱；

10、所述的二级供水泵通过供水管路连接水源处理箱和过滤装置，经水源处理箱处理的水经二级供水泵二次增压后，通过供水管路连接水循环增压装置；在二级供水泵与水循环增压装置之间设置二次过滤装置。

11、在一些实施例中，所述的水循环增压系统包括高压水射流系统和低压水射流系统，以及用控制控制其运行的高压水射流控制系统和低压水射流控制系统；所述的高压水射流控制系统和低压水射流控制系统分别对应电连接中控平台。

12、在一些实施例中，所述的水源处理箱上设置溶气泵和水温控制装置；溶气泵用于增加水源处理水槽的含气量，水温控制装置用于控制水源处理水槽水温；

13、其中，所述的水源处理水槽还设置有液位检测传感器、温度传感器以及用于检测溶气量的溶气检测装置，所述的液位检测传感器、温度传感器以及溶气检测装置分别通过通讯线电连接于中控平台，对应控制水源处理水槽水量、水温及水中的溶气量。

14、在一些实施例中，所述水槽上部为敞口式结构，敞口式水槽的开口上部设置喷头调节机构，内设夹持装置，在水槽的侧壁上设置夹持辅助机构，所述夹持装置用于夹持工件。

15、在一些实施例中，所述的喷头调节机构包括滑动安装架、x轴驱动机构、y轴驱动机构、z轴驱动机构；所述x轴驱动机构、y轴驱动机构、z轴驱动机构安装于滑动安装架上，分别用于驱动喷头在x、y、z轴方向上的移动。

16、在一些实施例中，所述的水槽为封闭式水槽，所述密闭式水槽包括槽体和设置槽体上部的密封盖，所述喷头组件安装在密闭式水槽的内部，并安装在密封盖上部设置的调节组件上，调节组件用于调节喷头组件与工件之间的安装距离和安装角度；

17、所述密闭式水槽的内部安装有夹持平台，所述夹持平台与喷头组件对应设置，所述的夹持平台上设置钣金件装夹机构和柱形件装夹机构，分别用于夹持固定钣金件或柱形件；

18、所述的夹持平台底部设置底座，底座安装在水槽的底部，夹持平台与底座之间滑动安装。

19、在一些实施例中，所述密闭式水槽内设置压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器分别通过通讯线路电连接于中控平台；所述压力传感器和温度传感器分别用于检测密闭式水槽内的温度和压力，通过压力和温度的调节喷头的空化效果；

20、为了调节密闭式水槽内部的压力和温度，所述的密闭式水槽通过增压管路连接增压装置和温度调节装置，所述增压装置和温度调节装置电连接中控平台。

21、本技术的另一个方面，提供了一种基于上述空化射流喷丸系统的使用方法，包括如下步骤：

22、开启总电源，启动高压水供给系统，水槽的水源经由一级供水泵增压后进入水源处理箱，水源经预处理后再由二级供水泵经管路输送进入水循环增压装置；水循环增压装置经由高、低压供水管路连接喷头组件，喷头组件在淹没环境下进行空化射流喷丸作业；

23、根据使用场景，上述的淹没环境可设置为：常温常压式水淹没环境、密封增压式水淹没环境、人工模拟式水淹没环境；

24、（1）常温常压式水淹没环境

25、常温常压空化作业时，直接采用敞口水槽内的水形成淹没环境；空化射流喷丸作业时，喷头直接进入水槽中，

26、当温度超过预设数值时，中控平台会自动启动温度调节装置，以保证水槽水温处于一定范围内，避免水温过高或过低，影响空化效果；

27、当水槽内水位过高时，水压增大，到达预设值时，由中控平台控制出水阀门，排水以降低水槽内压力，从而保证常温常压下进行空化射流喷丸作业；

28、（2）密封增压式水淹没环境

29、带压环境时，水槽为封闭式，空化喷头保持不动，水槽内部的零件夹紧平台移动；

30、密闭水槽内通过增压泵进行内部增压，增压泵与中控平台相连，当密闭水槽内压力未达到预设值时，增压泵工作，增加密闭式水槽内的气压，随着气压升高，密闭式水槽内水压增大，可模拟不同深度压力下环境；

31、密闭水槽可以增加槽内水压，使得密闭水槽内水压增大。其中，水槽可为圆柱型或球型等承压结构。

32、随着设备运行，密闭式水槽内水量逐渐增加，压力逐渐增强。在密闭式水槽底部留有放水口，顶部留有出气口并设有数显式压力表和机械式压力表，用于检测和调节密闭式水槽的内部压力；数显式压力表与中控平台相连，当压力过高时，可采用放水或放气的方式减少水槽压力；

33、（3）人工模拟式水淹没环境

34、在环形腔内通入低压水，使外部低压喷嘴射产生的射流水能覆内部高压喷嘴产生的射流水，低压水流包覆在高压空化水射流外部，形成淹没环境；使用之前先调节设备喷嘴压力，当设备压力达到预设值，进行空化射流喷丸作业。

35、本发明的有益效果：

36、1.本技术中喷头组件采用中心喷嘴和接入管组合结构，在喷嘴及接入管的外围四周设置环形套，喷嘴与环形套之间形成的环形腔；通过对喷头改进，使得喷嘴实现了喷头的人工淹没环境，可同时适用普通淹没环境下加工小型淹没工件，人工淹没环境下适用于加工无法进行淹没的大型工件。

37、2.本技术通过在喷嘴与环形套之间的环形腔内设置螺旋管，螺旋管螺旋分布在环形腔内部设置的接入管四周。通过设置在外周的低压螺旋管与设置在中心的高压管路互相配合，当射流从喷嘴高速喷出后,与环形腔内静止液体或低速环流产生剪切作用，形成旋涡流空化射流，可达到了良好空化射流喷丸作业效果。

38、3.本技术喷头组件的设计可适用于不同的外部环境作业，敞口式的水槽满足了常温常压下的工件淹没环境；密闭式水槽通过内部加压，在不改变水量的情况下可以模拟了不同深度下的淹没环境。

39、4.本技术在水槽的上部或内部设置喷头调节机构，通过中控平台控制喷头运动轨迹或者工件的运动轨迹，满足了敞口或者密封环境下的加工作业要求，无需人工调整工件的安装位置，操作简单方便。同时在水槽内设置夹持装置，可用于加工不同形状产品，即可适用于加工柱形件或者板材均可处理。

40、5.本技术在水槽内设置多种传感器检测，包括压力、温度等，可实时获取相关的参数，方便及时调整相关的参数，达到最佳的空化射流喷丸效果，集成化程度高。本发明具有数字化、自动化以至智能化功能，通过本设备对材料表面喷丸，尤其金属零部件的喷丸，可以使得材料表面得到更好的强化。